关于储油罐VOCs治理方案的研究

摘要：为减少VOCs排放，降低油品储存损耗，通过对不同类型储油罐浮盘结构及其密封技术进行分析，发现采用全液面接触式浮盘加弹性大补偿密封方式能满足VOCs治理要求。

关键词：储油罐；全接液内浮盘；弹性大补偿密封；VOCs治理

1. 研究背景

2023年度，广东省生态环境厅和深圳市生态环境局分别组织开展了储油库和加油站排放情况抽查评估，对深圳某公司在用油库进行了检查，发现罐组中存在的VOCs治理问题如下：

第一，油库现有6个5000m³固定顶罐油罐，无废气收集治理措施，不符合《储油库大气污染物排放标准》GB20950-2020关于“储存真实蒸气压小于76.6 kPa的油品应采用内浮顶罐、外浮顶罐或其他等效措施储存”的有关要求。

第二，油库现有4座10000m³航空煤油内浮顶罐的浮盘边缘密封方式为舌型密封，不属于典型的高效密封形式，不符合《储油库大气污染物排放标准》GB20950-2020关于“内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用浸液式密封、机械鞋型密封等高效密封方式”的有关要求。

政府环保部门督促该企业结合作业特点和储罐检维修计划，逐步推动储油罐边缘采用高效密封结构，并建议按照《广东省臭氧污染防治（氮氧化物和挥发性有机物协同减排）实施方案（2023-2025年）》（粤环函[2023 ]45号）提出的“2025年底前完成珠三角地区50%以上储存汽油、航空煤油、石脑油、以及苯、甲苯、二甲苯的浮顶罐使用全液面接触式浮盘或实施罐顶气收集治理”等要求，积极有序推进内浮顶罐实施“全液面接触式浮盘+高效密封”提标改造或罐顶气收集治理。

2.储油罐治理方案

为满足政府环保部门的整改要求，该公司立即制定了改造计划，对VOCs治理方案进行了深入的研究和分析。

2.1储油罐基本情况

该油库现有6座5000m³立式拱顶锥底油罐建于1990年，油罐直径22.70m，罐壁高度12.22m，油罐采用A3F材质，操作压力为常压。油罐罐顶板公称壁厚为6mm；罐壁板公称厚度由下至上依次为12mm、12mm、10mm、9mm、8mm、8mm、6mm、6mm。罐底中幅板公称壁厚为6mm，罐底边缘板公称壁厚为12mm，油罐壁罐板为搭接焊接，罐壁加强圈设置在罐内壁。

4座10000m³立式内浮顶锥底油罐罐组建于2010年，油罐直径28.50m，罐壁高度17.457m，油罐采用Q235B材质，设计压力为常压，操作压力为常压。油罐罐顶板公称壁厚为8mm，罐壁板公称厚度由下至上依次为16mm、14mm、14mm、12mm、12mm、10mm、8mm、8mm、8mm、8mm，罐底中幅板公称壁厚为10mm，罐底边缘板公称壁厚为12mm。

2.2内浮顶选型

储油罐VOCs回收处理方案，回收设备复杂，技术要求高，一次性投入和长期运行费用较高，日常维护及安全投入要求较高[1]。结合现行规范及环保部门要求，综合考虑采用“全液面接触式浮盘+高效密封”的整改方案。

按照材质及结构形式分类，内浮顶主要包括钢制单盘式内浮顶、钢制双盘式内浮顶、不锈钢装配式内浮顶及玻璃纤维复合（玻璃钢）内浮顶。每种浮顶结构都具有其独特的设计和应用优势，旨在满足不同的工业需求和安全标准，从而有效控制和减少有害气体的排放，确保储罐内部环境的安全与稳定。

钢制浮盘是传统的浮盘类型，技术成熟，广泛应用于石化领域大型储罐，对于储罐消防有益，消防计算量也比其他形式浮盘要少。但是目前钢浮盘标配的导向装置均含有铜构件，而《民用运输机场供油工程设计规范》（MH5008-2017）中第6.2.11条要求，接触航空燃料的内壁或部件不应采用铜制品。碳钢浮盘的铜构件存在影响航油品质的风险，且该形式浮盘重量非常重，表面还要进行防腐处理，施工、使用、维护都非常麻烦，价格较高。

不锈钢浮盘由于材质抗腐蚀性较强、适用范围更广，且强度高、抗震性好，是目前各大化工企业主要应用的浮盘类型[2] 。故对油库内6座5000m³油罐和4座10000m³油罐加装全液面不锈钢双盘式内浮顶。

2.3浮盘密封选择

密封是储罐浮盘的重要附属设施，与浮盘一起随液位上下浮动，防止油品喷溅到浮盘上造成沉盘，同时减少浮盘与罐壁间油品挥发。密封要能与罐壁紧密贴合，上下浮动平稳不卡涩，根据储油罐具体状况选择合适的密封。

目前采用较多的浮盘密封型式有机械鞋型密封、囊式密封、舌型密封以及大补偿弹性机械密封。

囊式密封由密封带内包聚氨酯泡沫组成，利用泡沫的压缩回弹力使密封带贴紧罐壁，实现密封。囊式密封接触面积大，密封效果好，是符合GB31570/1-2015标准中“三种高效密封”形式之一，但对罐壁要求高，补偿范围较小，只能够弥补储罐单侧±100mm直径的偏差。囊式密封的摩擦阻力较大，泡沫老化弹性降低，搭接罐壁以及壁板焊渣、毛刺等会使密封带磨损加快，使用寿命较短。密封与罐壁摩擦不均匀，容易造成浮盘卡盘问题。

舌形密封带一边固定在浮盘边缘，一边贴在罐壁上，靠密封带自身与罐壁的压力实现密封。舌型密封的摩擦阻力较小，罐壁焊渣、毛刺等突出障碍物时对密封带的整体损坏较小，使用寿命长，安装方便。由于密封带自身与罐壁贴紧压力小，密封补偿量小，密封效果差，在搭接罐壁使用时容易卡涩。

机械鞋型密封主要由机械臂、滑板、弹簧板及密封膜组合而成，通过弹簧板使密封紧紧贴合罐壁，减少储存介质的挥发。机械鞋型密封密封效果好，安装方便，与罐壁摩擦力大，密封补偿量小，不适用于壁板搭接焊储罐。

弹片式大补偿密封，是一种高效的机械密封，可广泛应用于浮筒式内浮顶、全接液内浮顶、钢制内浮顶等各类内浮顶。该密封能够与罐壁全接触，边缘密封性好，摩擦阻力较小。密封与浮盘为整体等电位连接体，导电性能优异，防储罐着火性能好[3]。弹片式大补偿密封适用于各类介质，补偿范围大（-100～+200mm），用寿命可达2０年，是目前最好的密封形式。

考虑到油库5000m³拱顶储罐罐壁为搭接焊，管直径上下差值为118mm，罐壁内部焊瘤、毛刺多，若打磨工期长、费用高，搭接焊缝处容易卡盘。弹片式大补偿密封对焊缝的要求低，不会被缺陷刮伤，补偿量大，适用于搭接焊罐壁，故采用该种密封方式。

3. 研究结论

通过采用全液面不锈钢双盘式内浮顶，加弹片式大补偿密封方式，可有效实现油库储油罐VOCs治理目标。

（1）全接液内浮盘可消除浮盘底部气相空间，极大地减少油气挥发空间，可有效控制储罐 VOCs排放，满足国家储油罐排放控制标准。

（2）弹片式大补偿密封方式结构紧凑，使用寿命长，补偿范围大，适合使用在搭接焊的油罐上，以确保安全和生产效率。

参考文献：

[1]巫红军.大补偿弹性机械密封在拱顶储罐VOCS治理中的应用.石化技术，2021，7：171-173.